蔡 晶

原子吸收光譜法引導(dǎo)—探究實(shí)驗(yàn)課的研究

蔡 晶

參考近幾年外文文獻(xiàn)，介紹了原子吸收光譜法引導(dǎo)-探究學(xué)習(xí)方法，闡述其對(duì)國(guó)內(nèi)原子吸收光譜法教學(xué)的啟示。

引導(dǎo)-探究；原子吸收光譜法

原子吸收光譜法是一種用于測(cè)定元素的分析技術(shù)，[1]具有以下優(yōu)勢(shì)：靈敏度高、檢出限低；測(cè)量精度好；選擇性好；分析速度快、應(yīng)用范圍廣；儀器比較簡(jiǎn)單，操作方便，價(jià)格低廉，一般實(shí)驗(yàn)室都可配備等。

實(shí)驗(yàn)課是科學(xué)教育中重要的組成部分，實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)對(duì)科學(xué)概念的理解，提高學(xué)生對(duì)問(wèn)題的解決能力。引導(dǎo)—探究實(shí)驗(yàn)是一種靈活的科學(xué)教育方法，教師根據(jù)學(xué)生的知識(shí)水平提供課題，學(xué)生通過(guò)自己實(shí)驗(yàn)、探索、分析、研究得出結(jié)論。

一、案例1：測(cè)定常見(jiàn)食物樣品中的Fe[2]

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：2010年入學(xué)的11個(gè)相關(guān)專(zhuān)業(yè)大學(xué)生，女性占55%，分兩組，要求每組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)及完成鐵元素樣品的測(cè)定。雖然學(xué)生作為一個(gè)團(tuán)隊(duì)，但每一個(gè)學(xué)生都要寫(xiě)一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

試劑材料及樣品采集：硝酸（分析純，不含金屬）、濾紙、鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液、Fe空心陰極燈；A組采集植物性食物（車(chē)前草、菠菜、大豆、燕麥、谷物），B組采集動(dòng)物性食物（完整的魚(yú)和雞），樣品在采集制備過(guò)程中要避免污染。

樣品制備和儀器分析：稱(chēng)取一定量的樣品，用6mol硝酸在通風(fēng)櫥中消化3 h，冷卻至室溫，用滴管將試樣消化液洗入或過(guò)濾入容量瓶中，用水少量多次洗滌錐形瓶，洗液合并于容量瓶中并定容至刻度。從Fe的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液中制備6種鐵的標(biāo)準(zhǔn)溶液，通過(guò)使用空氣-乙炔混合氣體作為燃燒器的原子吸收分光光度計(jì)（Shimadzu,AA-6300）分析繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，高回歸系數(shù)證明校準(zhǔn)曲線的線性，在同等條件下測(cè)樣品的吸光度，平行測(cè)3次得到Fe的含量。

危險(xiǎn)注意：學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中帶護(hù)目鏡和手套，處理濃硝酸時(shí)要小心。

結(jié)果與討論：表1是原子吸收分光光度計(jì)的設(shè)置參數(shù)，A組（表3）和B（表2）組學(xué)生根據(jù)這個(gè)參數(shù)檢測(cè)出樣品的中Fe的含量。

表1 測(cè)定Fe元素的工作參數(shù)

實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)：完成實(shí)驗(yàn)以后，學(xué)生自愿參加調(diào)查，調(diào)查發(fā)現(xiàn)比起傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，G-I實(shí)驗(yàn)更有趣、更富有挑戰(zhàn)性；學(xué)生喜歡團(tuán)隊(duì)工作，在團(tuán)隊(duì)工作里每個(gè)人都分配任務(wù)，增強(qiáng)了個(gè)人的責(zé)任意識(shí)；學(xué)生通過(guò)討論，分享成功的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)；親手制備樣品和操作儀器，更好地理解課堂上學(xué)的理論知識(shí)。

每種金屬都有它的標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)限，要讓學(xué)生檢測(cè)多種金屬元素來(lái)證明原子吸收分光光度計(jì)不是單一技術(shù)；另外通過(guò)大量分析同一種食物得出不同樣品之間的金屬元素含量存在著不同。針對(duì)同一食物樣品，測(cè)定多種元素，我們選定了蘑菇作為樣品，因?yàn)槟⒐绞呛薪饘僭乇容^豐富的食物，所含有的 Zn、Fe、Mn、Cu、Ni是對(duì)人體有益，但Pd、Cd對(duì)人體是有害的。

二、案例 2：測(cè)定蘑菇樣品中的 Pd、Cd、Zn、Fe、Mn、Cu、Ni元素[3]

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，從當(dāng)?shù)厣痰曩I(mǎi)來(lái)蘑菇，切碎，在70℃烤爐下干燥至恒重，稱(chēng)取一式三份樣品0.5g，在室溫下用20ml濃硝酸處理幾個(gè)小時(shí)。然后緩慢加熱至65℃，直至完全液態(tài)化，冷卻后，用滴管將試樣消化液洗入或過(guò)濾入容量瓶中，用水少量多次洗滌錐形瓶，洗液合并于容量瓶中并定容至30.0ml。用同樣的方式制備空白試劑。

表2 B組的檢測(cè)結(jié)果

表3 A組的檢測(cè)結(jié)果

用超純水稀釋標(biāo)準(zhǔn)溶液，制作標(biāo)準(zhǔn)曲線,用Varian240Fs火焰原子吸收分光光度計(jì)及相應(yīng)的空心陰極燈分析。

危險(xiǎn)注意：學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中帶護(hù)目鏡和手套，處理濃硝酸時(shí)要小心。

討論：蘑菇樣品中各金屬的含量。

實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)： 蘑菇樣品中的 Pd、Cd、Zn、Fe、Mn、Cu、Ni是食品分析中常用的檢測(cè)項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)一些學(xué)生對(duì)于Pd、Cd含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出食品安全標(biāo)準(zhǔn)表示很驚訝，這是促進(jìn)他們探究的很好方式。

三、對(duì)原子吸收光譜法教學(xué)的啟示

通過(guò)了解國(guó)外原子吸收光譜法引導(dǎo)-探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)，得出對(duì)原子吸收光譜法教學(xué)的一些啟示：

首先，原子吸收光譜法引導(dǎo)-探究的課題要充分聯(lián)系生活實(shí)際。案例中引導(dǎo)-探究實(shí)驗(yàn)檢測(cè)一些食物中的Fe含量，因?yàn)殍F是人體中最重要的微量元素之一，在人體中具有造血功能，參與血蛋白、細(xì)胞色素及各種酶的合成，促進(jìn)生長(zhǎng)，還在血液中起運(yùn)輸氧和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的作用。食品安全問(wèn)題也是現(xiàn)在比較熱門(mén)的話題，學(xué)生挑選蘑菇作為他們的樣品，檢測(cè)Pd、Cd有沒(méi)有超標(biāo)，很容易激發(fā)他們學(xué)習(xí)的積極性，增加他們的好奇心，促進(jìn)他們進(jìn)一步探究。

其次，原子吸收光譜法引導(dǎo)-探究問(wèn)題的難度要適度，要符合學(xué)生的思維能力。一些食物樣品中Fe的原子吸收光譜法測(cè)定和蘑菇樣品中Pd、Cd、Zn、Fe、Mn、Cu、Ni的測(cè)定還具有可操作性，學(xué)生在適時(shí)給予指導(dǎo)的情況下，能獨(dú)立選擇、準(zhǔn)備、設(shè)計(jì)及最終完成實(shí)驗(yàn)，因此被引入實(shí)驗(yàn)中。因?yàn)樵游辗止夤舛扔?jì)是高端儀器，學(xué)生個(gè)人完成比較困難，所以小組合作效果更好。研究證明，在小組合作實(shí)驗(yàn)中焦慮情緒更少，學(xué)生分享實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，提高了他們的批判性思維、問(wèn)題解決能力、領(lǐng)導(dǎo)能力、溝通能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。

表4 蘑菇樣品中各金屬的含量（mg/kg）

最后，教師要將安全知識(shí)、可能會(huì)遇到的故障和陷阱提供給學(xué)生。雖然重點(diǎn)放在學(xué)生探究上，但實(shí)驗(yàn)室里安全、材料準(zhǔn)備、儀器設(shè)備的詳細(xì)說(shuō)明及故障排除是不能忽視的。

[1]曾泳淮，林樹(shù)昌.分析化學(xué)（儀器分析部分）[M].北京：高等教育出版社，2004：55-57.

[2]Sayo O.Fakayode,Angela G.King,Mamudu Yakubu,Abdul K.Mohammed,and David A.Pollard.Determination of Fe Content of Some Food Items by Flame Atomic Absorption Spectroscopy(FAAS)：AGuided-Inquiry Learning Experience in Instrumental Analysis Laboratory[J].Chemical Education，2012（89）：109-113.

[3]Joseph MacNeil,Samantha Gess,Miranda Gray,Maureen McGuirk,and Sara McMullen.Mushroom Magic：Analysis ofMetals in a Familiar Food[J].Chemical Education，2012（89）：114-116.

[4]Donald L.Volz and Ray Smola.Investigating Chemistry through Inquiry：Experiments Using Open and Guided Inquiry Approaches[J].Chemical Education Today，2010（87） ：785.

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A

1674-7747（2013）09-0045-02

蔡晶，女，浙江金華廣播電視大學(xué)助理講師，主要研究方向?yàn)榛瘜W(xué)教學(xué)。

[責(zé)任編輯 陳國(guó)平]